Oct. 2012化肥設(shè)計第50卷第5期●42.Chemical Fertilizer Design2012年10月節(jié)能技改富氧連續(xù)氣化技術(shù)應(yīng)用情況調(diào)查李永恒(全國造氣技術(shù)咨詢部，上海200062 )摘要:簡述了富氧連續(xù)氣化技術(shù)的工藝原理和工藝特點;調(diào)查了富氧氣化爐的使用情況;探討了富氧氣化爐應(yīng)用中存在的問題。結(jié)果表明,富氧連續(xù)氣化爐的運行效果有待商榷,欲新建富氧氣化爐的企業(yè)應(yīng)謹(jǐn)慎決策。關(guān)鍵詞:固定層煤氣爐;富氧空氣;富氧連續(xù)氣化;間歇氣化;氣化強度;煤耗;調(diào)查doi :10.3696/j. issn. 1004 - 8901. 2012.05. 014中圖分類號: TQ546. 2文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1004 - 8901(2012)05 -0042 -04Investigation on Application Situation for Continuous Oxygen +rich Gasification TechnologyuI Yong-heng( National Gasification Technology Consulaion Department, Shanghai 200062 China)Abstract: Author has brielly deseribed the proess prineiple and process features for continuous oxygen -rich gasifcaion technology ; has investigatedthe application situation for oxygen +rich gasifier; has discussed the existing problems in application of oxygen -rich gasifier. Result indicates that operatingeffect of the continuous oxygen-rich gasifier shall be held to discuss, the enterprise that intends to newly construct an oxygen -rich gasifier shall carefullymake his deisive poliey.Key words :coal gasitfier with fixed bed ; oxygen-ich air; continuous oxygen-rich gasifieation; intermittent gasification; gasification intensity; coalconsume ; investigationdoi:10. 3696/j. issn. 1004 - 8901.2012. 05.014我國煤氣化領(lǐng)域中有多種形式的氣化方法，有47% ~52% ,最終生成氣體達到半水煤氣反應(yīng)平成功的經(jīng)驗,也有失敗的教訓(xùn)。富氧氣化技術(shù)從上衡。富氧空氣、蒸汽煤炭發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)式如下。世紀(jì)60年代在我國固定層煤氣爐.上開始成功應(yīng)C+O2 =CO2 +40 808 kJ(1)用,50多年中多次出現(xiàn)大起大落，給一些不明真象2C+O2 =2C0 +246.4 kJ的企業(yè)造成重大的經(jīng)濟損失。近年來有關(guān)富氧連C+O2 =2C0- 165.7kJ(3)續(xù)氣化技術(shù),某些設(shè)計單位和該技術(shù)的開發(fā)單位宣C+H2O=CO+H2-118.8 kJ(4)傳報導(dǎo)的文章較多,其內(nèi)容的真實性值得研究和商C +2H2O=CO2 +2H2 -75.2 kJ(5)榷,因為有些文章在介紹時,夸大其中的利,對應(yīng)用富氧空氣與煤炭在氧化層內(nèi)發(fā)生放熱反應(yīng)如中的弊則避而不談。在近些年的各種技術(shù)交流會式1和式2,以獲得足夠的熱量供應(yīng)還原層，使反應(yīng)上,許多代表曾向筆者咨詢有關(guān)富氧氣化技術(shù)的問式2、式3和式5得以進行,提高燃料層高度將有利題,為了讓更多廠家了解富氧連續(xù)氣化的真實情于反應(yīng)式3和式4的發(fā)生,對降低半水煤氣中的況,筆者將該技術(shù)的實際應(yīng)用情況介紹如下。CO2有好處。1氣化原理2工藝特點在固定層煤氣爐內(nèi)，當(dāng)富氧空氣與煤炭燃燒產(chǎn)實現(xiàn)富氧連續(xù)氣化后,由于取消了空氣吹風(fēng)階生放熱反應(yīng)的同時,蒸汽與灼熱的煤炭產(chǎn)生吸熱反段，減少了因吹風(fēng)燃燒炭的損失,氣體帶出物減少和應(yīng)，兩反應(yīng)基本達到平衡時，氣化過程便會連續(xù)平作者簡介:李永恒(1936年- ),男,江蘇鎮(zhèn)江人,高級工程師,從事第5期李永恒富氧連續(xù) 氣化技術(shù)應(yīng)用情況調(diào)查●43.爐渣含炭量的降低等原因,使炭的利用率得到提表1 2種制氧裝置性能比較高，煤耗有所降低。另外,由于氣體空速低,可以應(yīng)300m31000 m1500m’3500m序號項目用小粒煤和型煤進行氣化。VPSA深冷VPSA深冷VPSA 深冷VPSA 深冷由于該技術(shù)是連續(xù)氣化,爐溫相對比較穩(wěn)定，1 02.4/%9399.693 99.69399.69399.6蒸汽分解率比空氣間歇式氣化要高。另外，因為高電耗/(kW.h)>m-30.43 0.79 0.42 0.7 0.41 0.650.4 0.溫煤氣全部進入廢鍋,余熱回收效果好(原中氮廠3水耗/. h-110 405015075300 120450大直徑煤氣爐的流程下吹煤氣的顯熱未回收),因4啟動時間/h<1 12<1 36l 36連續(xù)運行時間/h 8000 4000 80000 7500 8000 8000 8000 8000副產(chǎn)蒸汽量增加，氨系統(tǒng)可以實現(xiàn)蒸汽自給(理論6占地面積/m2120 300.22020002502400 4002700推算)。7綜合投資/萬元60 600 83013901100185020002600該技術(shù)選用ZL型自動加煤機,可以恒定炭層高度,有利于富氧氣化;選用不停爐下灰裝置,可以4應(yīng)用統(tǒng)計達到連續(xù)氣化的要求。另外，減少了許多自動閥曾經(jīng)使用過富氧連續(xù)氣化技術(shù)的單位及其相門,簡化了工藝流程,降低了系統(tǒng)故障率,減少了設(shè)關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。備維修費用。富氧連續(xù)氣化工藝流程見圖1。表2富氧氣化技術(shù)的應(yīng)用單位及數(shù)據(jù)空氣煤炭氣化爐規(guī)格，氣化爐應(yīng)用單位應(yīng)用時期φ/ mm數(shù)量/臺氧句一富氧空氣混合器一鼓風(fēng)機-一蒸汽混合器一氣化炯1 太原化肥廠上世紀(jì)60年代初36002長春第 一汽車制造廠60年代3A-13型.[氣柜]-一選滌塔一[廢鍋]← -除塵器3吉林化肥廠3 0004淮南化肥廠70年代3 0000圖1富氧連續(xù)氣化工藝流程5云南解放軍化肥廠6黑龍江化肥廠1994年3氧氣來源7四川大竹化肥廠1996年2 400氧氣的來源有2種情況,一是有的企業(yè)內(nèi)部其8江蘇武進化肥廠他工序中有多余的氧氣,可直接將氧氣引入原固定9河南平頂山 化肥廠1998年層煤氣爐應(yīng)用,此方案最好,既經(jīng)濟又實用;二是新10吉林長山化肥廠2001年建制氧系統(tǒng),目前較多采用2種制氧方法:①傳統(tǒng)的深冷空分制氧;②變壓吸附制氧。變壓吸附制氧5問題探討原理:利用分子篩來吸附空氣中的氮,在加壓下吸5.1半水煤氣成分附量大，減壓下吸附量小的原理，經(jīng)反復(fù)壓力變化，富氧連續(xù)氣化后所生成的半水煤氣成分中,CO把空氣中的氮選擇吸附、再生，實現(xiàn)氧氣提純。變和CO2體積分?jǐn)?shù)偏高給后續(xù)生產(chǎn)工序帶來麻煩。各壓吸附制氧與深冷空分法制氧對比見表1。種氣化方法生成的半水煤氣成分見表3。表3各種氣化方法生 成的半水煤氣成分序號氣化方法煤種C02,4/% 02.4/%C0,p/% H2.φ/% N2,q/%CH4,4/% H2S,q/%1固定 層空氣間歇氣化法塊煤5-70.431-3436-4118-211.01~2(g/m3)煤棒12-13.423 ~3237 -4017~222-30.8-1.0碳化煤球27 ~2838-3919 -221 ~32~6粘結(jié)劑煤球8~1025~2937- 4018-201-2.52 ~52 富氧空氣連續(xù)氣化法塊煤或焦炭13~19.70.334~45 .28~3610~141~2煤球160.30.339140.53魯奇爐加壓氣化法褐煤24.825.338.71.28.70.74恩德爐氣化法20.510.229.8937. 641.97). 165陶氏兩段爐氣化法2310.11 500x(10~6)6德士古氣化法 !粉煤漿17.45.435.11. 1●44.化肥設(shè)計2012年第50卷(1)由表3可見,富氧連續(xù)氣化所生成的半水化肥廠富氧爐為例,設(shè)計年產(chǎn)合成氨18萬t,全年僅煤氣中CO2高達13%~16%，最高可達到19.7%。因CO體積分?jǐn)?shù)過高,變換爐多支出蒸汽費用達40由于CO2體積分?jǐn)?shù)過高,不但給脫碳工序增加了負(fù)荷,而且影響到合成工序中壓縮機運行效率(- -般5.2氣化強度可降低10%左右)，必然造成電耗和壓縮機維修費根據(jù)眾多資料介紹和理論計算,富氧空氣連續(xù)用增加。氣化爐比空氣間歇式氣化爐的氣化強度成倍增加,(2)空氣間歇氣化半水煤氣中Co體積分?jǐn)?shù)為根據(jù)所用原料不同可增加1~1.5倍。但是,從應(yīng)28% ~31%，而富氧氣化半水煤氣中CO體積分?jǐn)?shù)用富氧氣化爐的眾多廠家來看,實際僅增加5% ~為38% ~44%。由于CO體積分?jǐn)?shù)的增加,必然會30%,有的應(yīng)用廠家的氣化強度還不如空氣間歇式導(dǎo)致變換工序中變換爐的負(fù)荷增加,不但會使觸媒氣化爐。 例如，淮南化肥廠增加30% ;黑龍江化肥使用壽命降低,而且使變換爐的蒸汽消耗增加。據(jù)廠僅增加4% ;武進化肥廠增加19% ;大竹化肥廠下有關(guān)資料介紹，噸氨半水煤氣中C0體積分?jǐn)?shù)每增降10%。富氧空氣連續(xù)氣化與固定層空氣間歇氣加1% ,變換爐多消耗蒸汽約1 kg左右。以黑龍江化的氣化強度對比見表4。表4富氧空氣連續(xù)氣化與 固定層空氣間歇氣化的氣化強度對比氣化強度單爐日產(chǎn)氨.發(fā)氣量序號氣化爐型/mm原料應(yīng)用單位氣化方法/m3. (m2. h)-1/m'. h-'φ2 650塊煤山西晉豐空氣間歇氣化1 796729 900φ3 000煤棒湖北三寧1 4737510 300煤球安徽淮化富氧空氣連續(xù)氣化1 071547 500福建三明1 285559 000φ3 300湖北雙環(huán)1 4038712 0005.3 煤耗與投資費用5.6 下灰裝置年產(chǎn)20萬t氨的各種氣化方法的投資與噸氨由于富氧連續(xù)氣化中間是不中斷的,所以必需入爐煤耗對比見表5。選擇不停爐下灰裝置。表5年產(chǎn) 20萬t氨的各種氣化方法的投資與噸氨入爐煤耗對比6運行狀況噸氨需氧量/m3投資額/億元 噸氨入爐煤耗/1據(jù)相關(guān)報道和信息，富氧連續(xù)氣化爐目前的運1殼牌粉煤 氣化法7506.881.42行情況如下。2德士古氣化法8706.371.47(1)三明化工有限公司于2007年采用型煤(煤.3灰熔聚氣化法6002.10.60球)進行富氧連續(xù)氣化,運行情況還算正常。開3~4恩德爐氣化法7552.40.244臺φ3000~φ3200mm爐,氧氣來源由三明鋼廠供5富氧空氣連續(xù)氣化法5501.901.40給,所產(chǎn)半水煤氣與老系統(tǒng)并網(wǎng)。單爐小時發(fā)氣量6固定層空氣間歇氣化法 空氣1.301.20.為9 000 m' ,噸氨煤耗為1.5t。5.4爐箅(2)淮南化肥廠開3臺φ3 000 mm爐，也是用為了使燃料層布風(fēng)均勻,要求設(shè)計出性能好的煤球富氧氣化。噸氨煤耗為1.8t,單爐發(fā)氣量為富氧氣化專用爐算。富氧連續(xù)氣化要求爐箅的高7 000 ~8000 m'/h,度比間歇空氣氣化的爐算要低些。但是, 多邊扇型(3)湖北雙環(huán)公司開2臺φ3300mm爐，用煤爐算雖然高度低,可是爐下帶出物多,也不適用。棒富氧氣化,單爐發(fā)氣量為12 000 m'/h。最好還是選用ZL型鑄鋼爐箅比較適宜。(4)云南解放軍化肥廠因效益問題,富氧氣化5.5 自動加煤機爐于2008年全部停運。通用型自動加煤機是每個循環(huán)間歇向爐內(nèi)加煤(5)河南平頂山化肥廠開3臺φ3000mm富氧的,加煤量和炭層高度難以控制。ZL型自動加煤機氣化爐,運行情況不太理想。第5期李永恒富氧連續(xù)氣化技 術(shù)應(yīng)用情況調(diào)查●45.(7)開封化肥廠于2008年12月新上4臺已停用。φ2 743. 2 mm氣化爐,采用小塊煤富氧氣化，所產(chǎn)7.3 雙床層雙向耦合式氣化法半水煤氣與原空氣間歇氣化爐的半水煤氣并網(wǎng)送以2臺固定床氣化爐為1組,形成雙床層雙向入后工序,從爐渣情況看富氧連續(xù)氣化爐運行情的耦合式氣化爐。該技術(shù)早在上世紀(jì)70年代時在況并不理想。浙江巨化廠應(yīng)用過,當(dāng)時采用2臺爐用空氣間歇氣(8)柳州化肥廠2009年12月年改造了幾臺富化方法進行對吹,其目的是提高蒸汽分解率和半水氧爐,半水煤氣與老系統(tǒng)并網(wǎng)送入后工序,運行效煤氣有效成分。筆者曾專程前往該廠考察,據(jù)當(dāng)時果不明確。的總工師介紹,雙向耦合式氣化法，很不理想,不如2臺爐分別氣化的產(chǎn)氣量高,而且易發(fā)生事故。因7改進方法此運行了一-段時間,又改回2臺爐分開氣化。筆者7.1富 氧空氣間歇氣化技術(shù)試想,采用富氧氣化方法，進行雙床層雙向耦合式富氧空氣間歇氣化技術(shù),該技術(shù)由武漢鳳飛煤氣化是否可行，但筆者還是希望能夠成功,筆者將化工有限公司研制,其技術(shù)特點是在原有的空氣間拭目以待。歇氣化的條件下，加入適量的富氧空氣(僅下吹階8結(jié)語段不加富氧空氣)。此技術(shù)已在浙江省清華化工有限公司應(yīng)用,據(jù)介紹效果還算理想,其半水煤氣中綜上所述，富氧連續(xù)氣化技術(shù)還有許多問題有CO2在9.0%以下,CO+H2為75.8%。實際效益還待解決,故幾十年來一直難以推廣。 目前各應(yīng)用廠需要經(jīng)過長周期運行的檢驗,才能確定其成功與家的富氧氣化爐的半水煤氣,都是與老系統(tǒng)間歇空否,筆者希望其盡快成功。氣爐并網(wǎng)后送入后序系統(tǒng)的,所以很難區(qū)分和確認(rèn)7.2.上 下吹富氧交換氣化技術(shù)富氧連續(xù)氣化的真正效率,文中所介紹的發(fā)氣量和近來有單位準(zhǔn)備試上下吹富氧交換氣化技煤耗都是估算值。歷史上只有黑龍江化肥廠和長術(shù),并改稱其為單爐富氧雙向氣化。從原理上分山化肥廠為獨立系統(tǒng)應(yīng)用富氧連續(xù)氣化技術(shù)，但獨析是可行的,為了解決連續(xù)上吹氣化,爐上溫度偏立系統(tǒng)運行的效果均很不好,均停用了富氧連續(xù)氣高的問題,采用上下吹交換氣化是可以降低爐上化技術(shù)。因此,筆者建議準(zhǔn)備新建富氧氣化爐的企溫度，但必須采取一-定的安全措施，否則會發(fā)生爆業(yè)一定要慎重決策。炸。該技術(shù)近年來經(jīng)有關(guān)企業(yè)試用,無明顯效果收稿日期: 2011-12-12(上接第41頁)有效地利用了生產(chǎn)中所排放的低壓蒸汽，而且為企6效益測算利用螺桿膨脹發(fā)電機組發(fā)電，每小時可發(fā)電業(yè)的采暖及制冷帶來了效益,降低了企業(yè)的運營成2 500kW. h, 全年以8000 h,電價0.5元/kW●h本,經(jīng)濟效益與社會效益十分顯著。(2)目前國內(nèi)運行的大型化工裝置大都存在計，技改的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益如下。余熱浪費的現(xiàn)象,生產(chǎn)過程中大量可以利用的熱(1)螺桿膨脹發(fā)電機組年發(fā)電量2 500kW. hx8000=20x10*(kW. h/a)能被直接排空,既浪費能源又污染環(huán)境。使用螺(2)螺桿膨脹發(fā)電機組年發(fā)電效益桿發(fā)電機進行余熱回收是提高能源利用率,降低2000萬x0.5=1000(萬元/a)生產(chǎn)成本，保護環(huán)境最直接、經(jīng)濟的手段。(3)該工程產(chǎn)生的經(jīng)濟效益折算標(biāo)煤約為參考文獻:7 000 V/a(按350g/kW●h), 年減少CO2排放量約[1]胡亮光,胡達，陳景坤.螺桿膨脹動力機[P].中國專利:16 630t/a(按0.8316g/kW. h)。Z102230217.4. 2003 -03 -26.(4)全套設(shè)備投資約1680萬元，不到2年的時[2]郁永章.工程熱力學(xué)[M].北京:機械工業(yè)出版社.2000.間即可收回設(shè)備投資,若加上安裝及土建等費用，[3] 曹武,劉凱.螺桿膨脹動力機技術(shù)的探討[J].煤氣與動力,投資回收期不超過3年。2005 ,25(8) :69 -71.[4]阮建國.螺桿膨脹動力機在冶煉廠的應(yīng)用技術(shù)[J].能源與化7結(jié)語